Меню

Исполнительные двигатели по роду тока могут быть

Исполнительные двигатели и тахогенераторы

Дата публикации: 26 сентября 2014 .
Категория: Статьи.

Общие положения

Исполнительными двигателями называются двигатели, которые применяются в системах автоматического управления и регулирования различных автоматизированных установок и предназначены для преобразования электрического сигнала (напряжения управления), получаемого от какого-либо измерительного органа, в механическое перемещение (вращение) вала с целью воздействия на соответствующий регулирующий или управляющий аппарат. Если напряжение и мощность сигнала малы для управления исполнительным двигателем, то применяются промежуточные усилители мощности (магнитные, электронные, полупроводниковые).

Номинальная мощность исполнительных двигателей обычно составляет от долей ватта до нескольких киловатт. К этим двигателям предъявляются большие требования по точности работы и быстродействию. Обычно требуется, чтобы зависимости момента M и скорости n от напряжения сигнала (управления) Uу были по возможности линейными.

Существует ряд разновидностей исполнительных двигателей постоянного и переменного тока. Ниже кратко рассматриваются исполнительные двигатели постоянного тока.

Исполнительные двигатели нормальной конструкции

По своему устройству они аналогичны нормальным машинам постоянного тока. При якорном управлении ток возбуждения iв = const, а на якорь подается напряжение управления Uу. Характеристики M = f (Uу) и n = f (Uу) при этом получаются практически линейными. При полюсном управлении на якорь подается напряжение Ua = const, а напряжение управления, Uу подается на обмотку возбуждения. При этом требуется меньшая мощность управления, однако характеристика n = f (Uу) не будет линейной. Поэтому чаще применяется якорное управление.

Магнитоэлектрические машины

В связи с разработкой сплавов ални (Al – Ni), алнико (Al – Ni – Co), а также ряда других сплавов, обладающих высокими магнитными свойствами, стало возможным изготовление машин без обмотки возбуждения, с постоянными магнитами на индукторе. В частности, с постоянными магнитами изготовляются исполнительные двигатели с якорным управлением мощностью до 50 – 100 Вт.

С постоянными магнитами можно строить также генераторы и двигатели общего назначения мощностью до 5 – 10 кВт и выше. Такие машины получили широкое распространение.

Исполнительные двигатели с полым немагнитным якорем

Вследствие малой инерции такие двигатели обладают большим быстродействием. Полый якорь в виде стаканчика изготовляется из пластмассы, и на нем размещается и укрепляется якорная обмотка обычного типа, соединенная с коллектором. Внутренний неподвижный ферромагнитный сердечник (статор) при якорном управлении может быть массивным (рисунок 1).

Рисунок 1. Исполнительный двигатель постоянного тока с полым немагнитным якорем
1 – переднй щит; 2 – щеткодержатель; 3 – крышка смотрового люка; 4 – коллектор; 5 – станина; 6 – обмотка возбуждения; 7 – полюс; 8 – полый якорь; 9 – внутренний статор; 10 – задний щит

Из-за наличия большого немагнитного зазора между внешним и внутренним статорами требуется сильная обмотка возбуждения, габариты машины увеличиваются, а коэффициент полезного действия уменьшается. Подобные двигатели выпускаются мощностью до 10 – 15 Вт.

Двигатели с печатной обработкой якоря

Двигатели с печатной обработкой якоря (рисунок 2), также обладают малой инерцией. Якорь этого двигателя имеет вид тонкого диска из немагнитного материала (текстолит, стеклотекстолит и так далее), на обеих сторонах которого расположены медные проводники обмотки якоря. Проводники выполняются путем гальванического травления листов медной фольги, наклеенных на диск якоря, либо гальваническим осаждением или переносом меди. Обмотка, изготовляемая таким способом, получила название печатной. Схема обмотки якоря обычная, двухслойная, причем проводники отдельных слоев расположены на разных сторонах диска и соединяются электрически между собой через отверстия в диске. Серебряно-графитные щетки скользят по неизолированной поверхности элементов обмотки якоря, как по коллектору.

Двигатель постоянного тока с печатной обмоткой якоря

Рисунок 2. Двигатель постоянного тока с печатной обмоткой якоря: а – разрез двигателя; б – обмотка якоря
1 – диск якоря с обмоткой; 2 – вал; 3 – втулка; 4 – щетки и щеткодержатель; 5 – постоянные магниты (полюсы); 6 – полюсные наконечники; 7 и 8 — диски из магнитной стали

Возбуждение осуществляется с помощью постоянных магнитов или обмотки возбуждения. Напряжение таких машин составляет 6 – 50 В. Ввиду хороших условий охлаждения допустимы большие плотности тока в обмотке якоря (до 30 – 40 А/мм² при продолжительном режиме работы). В случае необходимости быстрого торможения после снятия напряжения сигнала диск якоря изготовляется из алюминия.

Тахогенераторы

Тахогенераторы представляют собой маломощные электрические генераторы (обычно до Pн = 10 – 50 Вт), которые служат в системах автоматики для преобразования скорости вращения в электрический сигнал (напряжение Uс). От тахогенераторов требуется линейная зависимость Uс = f (n) с точностью до 0,2 – 0,5 %, а иногда с точностью до 0,01 %. В маломощных тахогенераторах при n = 1000 об/мин напряжение Uс = 3 – 5 В, а в более мощных тахогенераторах обычного применения при такой же скорости вращения Uс = 50 – 100 В.

Большинство тахогенераторов имеет обычную конструкцию машин постоянного тока с независимым возбуждением при iв = const или с постоянными магнитами. При необходимости уменьшения механической инерции и устранения зубцовых пульсаций напряжения применяют конструкцию с полым якорем (смотрите рисунок 1). Разработаны также униполярные тахогенераторы (смотрите рисунок 7, в статье «Специальные типы генераторов и преобразователей постоянного тока») с электромагнитным возбуждением или с постоянными магнитами. При этом отсутствуют коллекторные пульсации напряжения, однако Uс мало.

Исполнительные двигатели и тахогенераторы нормальной конструкции и с постоянными магнитами выпускались в СССР серийно.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник

Электромагнитные исполнительные устройства: виды и применение

На производстве и в быту активно применяется автоматизация. Для этого используют исполнительные устройства различных типов, гидравлические, пневматические и электрические. Такие устройства включают, отключают, изменяют режим работы механизмов, систем и устройств. В этой статье мы рассмотрим некоторые электромагнитные исполнительные устройства.

Электромагнитные исполнительные устройства

Содержание статьи

Исполнительные устройства

Для приведения в движение различных механизмов используют электродвигательные и электромагнитные исполнительные механизмы. Для примера электродвигатели используют для автоматического или полуавтоматического управления задвижками, т.н. запорной арматурой на трубопроводах, как газовых, пневматических, водоснабжения и прочего.

Принцип действия электромагнитного исполнительного устройства заключается в совершении работы магнитным полем по перемещению сердечника связанного с исполнительными механизмами.

Электромагнит

Общее устройство

Если рассмотреть электромагнитные исполнительные устройства в общем виде, то оно состоит из:

2. Магнитного сердечника.

3. Связанных рабочих механизмов и систем.

Под катушкой подразумевается электромагнитное устройство – катушка, намотанная на оправке медным проводом, внутри которой расположен сердечник. Другое название – соленоид. Такое же устройство имеет реле.

Катушка

Снаружи соленоида может располагаться магнитопровод, т.н. ферромагнитное ярмо, он нужен для усиления и направления магнитных сил.

Когда по катушке протекает электрический ток, появляется магнитное поле, металлические элементы исполнительной части (якорь или сердечник) втягиваются и выполняется определенная работа. Таким образом, электрический ток преобразовывается в поступательное движение, а такие исполнительные устройства можно назвать поступательным электроприводом.

Стоит отметить, что промышленность изготавливает как устройства для работы в цепях постоянного тока, так и переменного. В принципе в цепях переменного тока широко используются электромагнитные исполнительные устройства, которые содержат выпрямители в своей конструкции. Это связано с тем, что у электромагнитов постоянного тока развивают большее тяговое усилие и имеют большую стабильность при тех же размерах, чем электромагнит переменного тока, а также дешевле в изготовлении.

Читайте также:  Расчет предохранителя для постоянного тока

Также стоит отметить, что большинство представителей электромагнитного привода ограничены двумя конечными положениями сердечника, типа «включено»/«выключено».

Электромагнитное устройство

Давайте рассмотрим, где встречаются такие исполнительнее устройства, начнем с того, что встречается в быту чаще всего, затем рассмотрим промышленные исполнения.

Втягивающее реле стартера ДВС

В автомобилях для запуска двигателя используют стартер – мощных электропривод постоянного тока. При этом есть две задачи, которые нужно решить для его работы:

1. Стартер – это довольно мощный электродвигатель, его мощность, в зависимости от запускаемого ДВС может различаться от 0.5 кВт на скутерах и легких мотоциклах до 10 кВт на спецтехнике с дизельными двигателями. Такая мощность нужна, чтобы создать достаточный момент, чтобы провернуть коленвал двигателя.

Отсюда возникает проблема пропустить ток такой величины, для этого можно использовать реле, но в реальности делается все несколько иначе, позже мы рассмотрим этот вопрос.

2. Стартер приводит в движение ДВС путем вращения маховика, на котором надет венец – зубчатое кольцо. Стартер соединяется с маховиком с помощью бендикса (это обгонная муфта), он нужен для того, чтобы предотвратить передачу вращательного момента от ДВС на вал стартера.

Когда вы включаете цепь питания стартера, бендикс соединяется с зубцами венца маховика и начинает вращать его, когда двигатель завелся и вы отключаете цепь стартера – он возвращается в исходное положение.

Чтобы решить эти две проблемы одним устройством, на стартере устанавливают втягивающее реле. Во-первых, это реле замыкает силовые контакты (1), через которые и протекает пусковой и рабочий токи стартера. Во-вторых, с подвижной частью реле соединена специальная тяга (2), которая выталкивает бендикс (3) и, с помощью пружины (4), возвращает его обратно.

Втягивающее реле стартера ДВС

Электромагнитный замок

Электромагнитный замок позволяет реализовать различные системы безопасности, автоматического отпирания дверей при приближении хозяина или при считывании значения RFID метки, NFC или по другим технологиям связи и идентификации.

Для примера рассмотрим характеристика одного из вариантов. Это электромеханическая защелка.

Электромагнитный замок

Технические характеристики довольно интересны, она выдерживает усилие до 1000 кг, при потребляемом токе в 0.32А и напряжении в 12В, это чуть больше 4Вт мощности. Подобные замки пригодятся для организации СКУД или проектов умного дома.

Встречаются и другие варианты электромагнитных замков, работающих на том же принципе.

Устройство электромагнитного замка

Схема подключения замка

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан это устройство, предназначенное для управления потоком жидкостей или газов, которое приводится в действие электрически и которое также может быть установлено в удаленных или недоступных местах или подвергаться неблагоприятным условиям работы.

Электромагнитные клапаны могут управляться простыми электрическими переключателями, датчиками, часами или любыми другими устройствами, которые включают или отключают электрическую цепь.

В трубопроводах устанавливаются клапана для контроля прохождения рабочей среды (газа или жидкости). Они бывают нормально-открытыми (пропускают жидкость/газ, когда напряжение не подано) и нормально-закрытыми (пропускают только когда напряжение подано).

При этом нормально-закрытые клапана зачастую конструктивно выполнены с упругой фиксацией, что позволяет избежать повреждения трубопровода при резком изменении давления, т.е. он слегка пропускает рабочую среду, для компенсации резкой смены давления.

При этом в трубопроводах большого давления электромагнитный клапан управляет открытием не основного трубопровода, а пневмо- или гидросистемы, которая отпирает основную силовую часть запорной арматуры.

Таким образом, можно организовать регулировку степени открытия задвижки или крана. Реализация достаточно проста – попеременное открытие подачи в камеру прямого или обратного хода управляющего вещества (пневматики или гидравлики).

Электромагнитный клапан

На рынке представлен широкий выбор электромагнитных клапанов для различных применений, от нефтехимической до автомобильной. Учитывая это разнообразие, существуют разные способы их классификации.

По принципу действия их различают:

прямого действия, срабатывают по нулевом перепаде давления;

пилотные (непрямого действия), которые срабатывают при минимальном перепаде давления.

запорные (2/2 ходовые);

распределяющие трехходовые (3/2 ходовые);

переключающие клапаны (2/3 ходовые).

Переключающий клапан

Пилотный электромагнитный клапан

Ниже изображена схема нормально-закрытого клапана.

Пилотный электромагнитный клапан

Когда питание катушки не подаётся, клапан остаётся в закрытом положении. Поршень или мембрана под давлением пружины плотно прижаты к своему седлу.

Когда подключают питание к катушке, то возникающие силы противодействуют пружине и клапан открывается. Учтите, что в описании опущен ряд подробностей, которые не касаются электричества.

Ниже изображен нормально-открытый клапан.

Нормально-открытый клапан

Когда напряжение на катушку не подано – он открыт, а когда вы подаете напряжение, он закрывается, этот, как и предыдущий клапан чтобы поддерживать в рабочем состоянии нуждается в удержании питающего напряжения на катушке.

Кроме питания, нужно еще и помнить, о том, что они срабатывают только при перепаде давлений. Может использоваться в отоплении, водоснабжении, пневматических системах.

Электромагнитный клапан прямого действия

Электромагнитный клапан прямого действия

Главным отличием является то, что для его открытия/закрытия не нужен перепад давления до и после клапана. Это значит, что могут использоваться как в трубопроводах с давлением и без давления – слив жидкости с емкостей, ресиверов. В них обычно давление слишком маленькое, либо отсутствует.

Бистабильный клапан

Другое название бистабильного клапана – импульсный. Для удержания в открытом/закрытом состояния не требуется удержание управляющего напряжения. Для переключения состояний подают импульс напряжения определенной полярности. Работают в цепях постоянного тока.

Для работы таких клапанов требуется перепад давлений.

Электромагнитные клапаны на оборудовании

Электромагнитный или соленоидный клапан является надежной трубопроводной арматурой с большим ресурсом работы (порядка миллиона переключений).

К тому же отличаются высоким быстродействием (30-500 мс, в зависимости от диаметра), чего не могут обеспечить задвижки, приводящиеся в движение от электродвигателя. Кроме того не требует такого обслуживания и регулярной наладки, установки концевых выключателей как те же задвижки.

Двухходовой клапан является наиболее распространенным типом электромагнитного клапана; Он имеет одно входное и одно выходное соединение и регулирует поток жидкости в одной линии. Он может быть прямого действия или пилотного, в зависимости от мощности системы. Каждый из них может быть «нормально закрытым» или нормально открытым».

Трехсторонний клкпан. У них одно впускное соединение и два разных выпускных патрубка. По сути, они представляют собой комбинацию «нормально закрытого» и «нормально открытого» двухходового клапана в едином корпусе и с одной катушкой. Большинство из них относятся к типу «с пилотным управлением».

Эти клапаны в основном используются в промышленных холодильных установках и в системах кондиционирования воздуха, для рекуперации тепла, для повышения производительности компрессоров и для размораживания горячим газом.

Четырехходовой клапан. Их также называют реверсивными клапанами. Его используют почти исключительно в тепловых насосах, чтобы выбрать цикл охлаждения или нагрева, в зависимости от требований. Эти клапаны имеют три выхода и один общий вход.

Читайте также:  Icc ток что это

Тепловой насос — это центральный кондиционер с обратимым циклом. Летом хладагент поглощает тепло изнутри дома и выводит его наружу. Зимой цикл меняется на противоположный: хладагент поглощает тепло извне и выпускает его в дом. Конденсатор и испаритель вынуждены поменять местами функции, меняя направление потока хладагента, и четырехходовой клапан заботится об этом.

Электромагнит

Электромагниты широко используются в металлургии, на производстве и свалках. Это отличный вариант для подъема и переноса металлолома и металлических изделий.

Грузоподъемный электромагнит

Различают такие виды электромагнитов:

нейтральные электромагниты – работают от постоянного тока;

поляризованные электромагниты, работают при наличии двух независимых магнитных потоков – рабочего и поляризирующего;

электромагнит переменного тока – характерен пульсирующий магнитный поток от нуля до максимума, вибрации якоря.

Как и некоторые типа электродвигателей отличаются включение обмоток:

последовательным, когда обмотки выполняются толстым проводом с малым количеством витков;

параллельным, когда обмотки выполняются тонким проводом и большим количеством витков.

Так и по режиму работы:

Заключение

Электромагнитный привод – быстродействующий и дешевый вариант исполнительных механизмов. Также в большинстве своем обладает большей долговечностью, чем электродвигательный привод, по причине отсутствия вращающихся рабочих частей, редукторов.

Источник

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

§1.2.Классификация, структуры и состав электромашинных исполнительных механизмов

Классификация электромашинных ИМ. Электромашинные ИМ (электроприводы) можно классифицировать по различным признакам (рис.1.2).

По роду тока электродвигателя. В ИМ постоянного тока применяются коллекторные и бесконтактные двигатели постоянного тока, в ИМ переменного тока – асинхронные и синхронные двигатели.

По характеру движения. Вращательные ИМ приводятся в движение вращающимися двигателями, прямоходные ИМ – вращающимися двигателями с механическими преобразователями вращательного движения в возвратно-поступательное или непосредственно линейными двигателями. Каждый из этих ИМ может быть непрерывным или дискретным. В ИМ непрерывного действия в установившемся режиме подвижные части находятся в состоянии непрерывного движения, в дискретном – в состоянии дискретного (шагового) движения.

По степени управляемости. Нерегулируемый ИМ предназначен для приведения в действие РО объекта управления с одной рабочей скоростью; параметры ИМ (например скорость, момент и др.) изменяются только в результате возмущающих воздействий. Регулируемый ИМ может приводить в действие РО с изменяемой скоростью; параметры ИМ изменяются под воздействием управляющего устройства.

По степени автоматизации. Автоматизированным называется регулируемый ИМ с автоматическим регулированием параметров. К этому типу относятся программно-управляемые, следящие и адаптивные ИМ. В программно-управляемом ИМ управление движением РО осуществляется по закону, определенному заранее и заданному программой. Частным случаем таких ИМ можно считать позиционный ИМ, предназначенный для перемещения РО из одного фиксированного положения в другое. Следящий ИМ автоматически отрабатывает перемещение РО в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом. Адаптивный ИМ обладает способностью автоматически избирать структуру и(или) параметры системы управления при изменении условий работы объекта управления с целью выработки оптимального режима.

Автоматизированный ИМ в большинстве случаев является замкнутым, т.е. действующим на основе принципа обратной связи. Исключение составляет автоматизированный дискретный ИМ с шаговыми двигателями, который может быть разомкнутым. Неавтоматизированный ИМ имеет ручное управление.

В зависимости от типа ИМ и его конкретного назначения он может иметь различную структуру и состав технических средств.

Типовые структуры и оборудование электромашинных ИМ. Обобщенная структурная схема автоматизированного электромашинного ИМ (электропривода) представлена на рис.1.3.

Обязательным силовым блоком является электромеханический преобразователь энергии, состоящий из конструктивно объединенных или раздельных исполнительного двигателя ИД и механического передаточного устройства ПУ (например, редуктора, муфты).

Питание двигателя осуществляется в общем случае через силовой электрический преобразователь СП, который может представлять собой:

  • транзисторный, тиристорный или магнитный усилитель мощности;
  • полупроводниковый управляемый или неуправляемый выпрямитель или инвертор;
  • полупроводниковый широтно-импульсный преобразователь;
  • регулируемый или нерегулируемый силовой трансформатор;
  • контактную коммутирующую аппаратуру – электромагнитные реле, пускатели, контакторы.

К несиловым блокам, обеспечивающим выполнение требуемых функций в зависимости от назначения и области применения исполнительного механизма, относятся устройство управления УУ и измерительно-преобразовательное устройство ИПУ.

В устройство управления в общем случае входят:

  • блок автоматического управления БАУ, содержащий аналоговые или цифровые регуляторы;
  • блок дистанционного управления коммутирующей аппаратурой БДУ;
  • блок ручного механического управления БРУ регулирующим органом РО (дублер дистанционного);
  • блок сигнализации БС.

Измерительно-преобразовательное устройство ИПУ может иметь в своем составе датчик тока двигателя ДТ, датчик скорости ДС и датчик текущего положения ДП исполнительного механизма. В состав ИПУ может также входить блок конечных положений БКП исполнительного механизма или регулирующего органа, состоящий из путевых и концевых выключателей, выдающих дискретный сигнал при достижении соответствующего конечного положения.

При разработке промышленных систем автоматизации и управления весьма широко применяются типовые конструкции, в частности типовые комплектные и унифицированные исполнительные устройства.

Комплектным исполнительным механизмом (электроприводом) принято называть комплект взаимосвязанного оборудования, которое предназначено для исполнительных устройств с некоторыми определенными функциями, объединяется общей электрической схемой и поставляется полностью (или в большей части) комплектно.

Комплектные ИМ, выпускаемые для металлообрабатывающих станков и установок с числовым программным управлением, обрабатывающих центров и промышленных роботов, имеют, как правило, в своем составе следующее типовое оборудование:

  • транзисторный или тиристорный силовой преобразователь, обеспечивающий однозонное якорное или двухзонное с ослаблением магнитного поля управление двигателем постоянного тока или частотное управление трехфазным асинхронным двигателем;
  • устройство согласования преобразователя с питающей сетью, например трансформатор;
  • устройство управления преобразователем;
  • систему автоматического регулирования основных параметров ИМ;
  • отдельные блоки электрических измерений ,защиты и сигнализации;
  • исполнительный двигатель постоянного тока (коллекторный или бесконтактный) или трехфазный асинхронный со встроенным или пристраиваемым датчиком скорости (тахогенератором электромашинного или фотоэлектрического типа), датчиком положения (вращающимся трансформатором, сельсином или фотоэлектрическим преобразователем) и, при необходимости, электромагнитным тормозом;
  • механическое передаточное устройство (преобразователь движения вращательного или вращательно-поступательного типа, муфта ), в виде отдельной конструкции или в виде единой конструкции с двигателем (мотор-редуктор).

Электрооборудование первых пяти групп выполняется обычно в виде комплекта устройств управления (шкафов, блоков, пультов), объединенных общей электрической схемой и обеспечивающих необходимое взаимодействие всех элементов исполнительного механизма. Этот комплект является, как правило, обязательной составной частью комплектного ИМ, а его выход – выходом силового электрического преобразователя.

В исполнительных механизмах узкого назначения или малой мощности электродвигатель и передаточное устройство входят непосредственно в комплект поставки, в остальных случаях заказываются отдельно.

Унифицированные электромашинные исполнительные механизмы , применяемые для перемещения регулирующих органов типа заслонок, задвижек, кранов и т.д. в химической промышленности, на топливных и водно-канализационных трубопроводах, в вентиляционных системах и силовой контактной электрокоммутирующей аппаратуре имеют как правило в своем составе следующие блоки типовой структуры:

  • комплект из однофазного или трехфазного асинхронного двигателя и передаточного устройства с вращательным или возвратно-поступательным выходным движением;
  • силовой электрический блок в виде контактной или бесконтактной коммутирующей аппаратуры и, при необходимости, различных усилителей;
  • устройство управления с блоками дистанционного и ручного управления, а также блоками сигнализации и защиты;
  • измерительно-преобразовательное устройство с концевыми и путевыми выключателями и ,при необходимости, резистивными, индуктивными и токовыми схемами измерения текущего положения и скорости.

Такие ИМ работают в основном в режиме позиционирования с нерегулируемой или регулируемой в узком диапазоне скоростью.

Требования к электромашинным исполнительным механизмам. Основные требования к большинству электромашинных ИМ можно сформулировать так:

  • минимальные габариты электродвигателя при высоких значениях вращающего момента и мощности;
  • значительные допустимые перегрузки привода в кратковременном и повторно-кратковременном режимах работы;
  • широкий диапазон регулирования скорости;
  • высокая стабильность характеристик, в первую очередь силового преобразователя, датчиков скорости и положения (перемещения);
  • высокое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения;
  • высокое быстродействие при включении и сбросе нагрузки и при реверсе под нагрузкой;
  • высокая равномерность движения при различной нагрузке на всех скоростях, вплоть до самых малых;
  • удобство конструктивной установки двигателей и встройки силовых преобразователей и вспомогательных блоков управления в шкафы управления объектом в целом;
  • малые габаритные размеры и расход активных, особенно дефицитных, материалов;
  • высокая надежность и ремонтопригодность, существенная унификация узлов, простота наладки и эксплуатации;
  • малая стоимость и энергоемкость.

Источник



Асинхронные исполнительные (или управляемые) двигатели

Страницы работы

Содержание работы

Введение

Исполнительными(или управляемыми) двигателями называются двигатели, предназначенные для преобразования электрического сигнала – амплитуды напряжения управления или его фазы – в механическое перемещение – вращение вала.

В системах автоматики и телемехани­ки, в схемах управления, регулирования и контроля находят широкое применение самые различные исполнительные двига­тели, отличающиеся друг от друга по роду тока, частоте питающей сети, угло­вой скорости вращения и др. (рис. 1). Исполнительные двигатели являются весьма важными элементами схем авто­матики и телемеханики. От качества ра­боты исполнительных двигателей во мно­гом зависит качество работы всей, часто очень сложной системы.

Особенностью режима работы испол­нительных двигателей автоматических систем является то, что они практически никогда не работают в номинальном ре­жиме — при номинальной частоте вра­щения. Для их работы в отличие от обыч­ных, силовых, двигателей характерны частые пуски, остановки, реверсы. С целью сокращения времени переходных процессов, в которых поч­ти постоянно находятся исполнительные двигатели, их стремятся выполнить малоинерционными.

Рис. 1 — Классификация исполнительных двигателей автоматических устройств

Конструктивной особенностью исполнительных двигателей яв­ляется то, что они практически никогда не снабжаются вентилято­рами для обеспечения самовентиляции (охлаждения), что объясня­ется, во-первых, малым значением рабочей частоты вращения в следящей системе, а во-вторых, нежеланием увеличивать момент инерции ротора.

В настоящее время в качестве исполнительных двигателей ис­пользуются: а) двухфазные асинхронные двигатели с повышенным активным сопротивлением ротора; б) двигатели постоянного тока с независимым возбуждением или постоянными магнитами; в) бес­контактные двигатели постоянного тока; г) синхронные —шаговые двигатели.

Почти все исполнительные двигатели (исключение составляют лишь двигатели с постоянными магнитами и некоторые шаговые двигатели) имеют две обмотки. На одну из них— обмотку возбуж­дения — постоянно подается напряжение питающей сети. На дру­гую — обмотку управления — электрический сигнал управления по­дается лишь тогда, когда необходимо вращение вала.

От значения (или фазы) напряжения управления зависит вра­щающий момент исполнительного двигателя, частота вращения его ротора, а следовательно, и развиваемая им мощность.

Характер требований, предъявляемых к исполнительным двигателям, определяется спецификой их работы в следящих системах. Такие требования, как максимум полезной мощности, высокие КПД и cos ф, которые являются основными для обычных силовых электродвигателей у исполнительных двигателей смещаются на второй план — они не являются определяющими при оценке каче­ства исполнительных двигателей.

Основные требования, предъявляемые к ис­полнительным двигателям, таковы: 1) отсутствие само­хода — самоторможение двигателя при снятии сигнала управления; 2) устойчивость работы во всем диапазоне угловых скоростей; 3) максимальная линейность механических и регулировочных харак­теристик; 4) большой пусковой момент; 5) хорошее быстродейст­вие; 6) малая мощность управления; 7) широкий диапазон регу­лирования частоты вращения; 8) малое напряжение трогания; 9) надежность в работе; 10) малые габаритные размеры и масса.

Необходимость строгого выполнения тех или иных требований определяется назначением и областью применения исполнительно­го двигателя. К исполнительным двигателям, предназначенным для работы в следящих системах точных приборов автоматики и вычислительной техники, предъявляются повышенные требования в отношении отсутствия самохода, линейности характеристик, бы­стродействия и т. п. К исполнительным двигателям, предназначен­ным для работы в автоматических устройствах общепромышленно­го назначения, предъявляются повышенные требования в отноше­нии энергетических показателей (КПД, cos φ), использования ак­тивных материалов и т. п. Например, для двигателей, работающих при постоянном, значительном по величине моменте сопротивле­ния не обязательно выполнение требования отсутствия самохода при холостом ходе (М=0); для моментных двигателей, работаю­щих в стопорном режиме (при и=0), не обязательно выполнение требования линейности механических и регулировочных характери­стик и т. п.

Общие сведения.

По своей конструкции асинхронные исполнительные двигате­ли—это двухфазные двигатели, имеющие на статоре две сдвинутые в пространстве на 90 эл. град обмотки (рис.2): обмотку воз­буждения В, непосредственно подключенную к сети, и обмотку уп­равления У, на которую подается управляющий сигнал, изменяю­щийся по величине или фазе.

Для того чтобы токи обмоток создавали вращающееся магнит­ное поле, необходим их сдвиг во времени. В схемах автоматики сдвиг токов (напряжений) во времени достигается различными пу­тями: за счет схем управления, фазовращателей, конденсаторов или различных преобразователей. Наилучшие энергетические по­казатели, наибольшую мощность исполнительные двигатели раз­вивают при круговом вращающемся поле, которое получается в случае сдвига токов в обмотках управления Iу и возбуждения на четверть периода (90°) при равенстве амплитуд магнитодвижу­щих сил обмоток Fym=m.

Регулирование частоты вращения асинхронных исполнительных двигателей — управление двигателями — на практике чаще всего осуществляется одним из трех способов: либо путем изменения значения (амплитуды) напряжения управления при неизменной его фазе — амплитудное управление, либо путем изменения фазы напряжения управления при неизменной его величине — фазовое управление, либо путем одновременного изменения амплитуды на­пряжения управления и угла фазового сдвига между напряжения­ми управления и возбуждения — амплитудно-фазовое управление. Каждому способу управления соответствует вполне определенная схема включения исполнительного двигателя (см. рис.2).

Рис. 2 — Схемы включения асинхронных исполнительных дви­гателей при различных способах управления: а — амплитудном; б — фазовом, в — амплитудно-фазовом (конденсатор­ный сдвиг фаз)

При амплитудном управлении (рис.2,а) обмотка возбуждения В подключается к сети UB=U1= const. На обмотку управления У подается напряжение Uу, сдвинутое на четверть пе­риода (β= 90°) относительно напряжения возбуждения UВ. Значе­ние напряжения управления, изменяющегося в процессе регулиро­вания по амплитуде, обычно выражают в относительных единицах как отношение Uy к приведенному (к числу витков обмотки управ­ления) напряжению возбуждения UB, называя это отношение (α) эффективным коэффициентом сигнала:

где k=wB / wy — коэффициент трансформации; wy, wB — эффектив­ные числа витков обмоток.

Источник